第四章地的应用一生物的吸附

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1、word 微生物吸附技术 在治理工业废水中重金属离子的应用1 主要内容一、前言 二、试验材料和方法 三、草分枝杆菌对重金属离子吸附规律研究 四、苦味诺卡氏菌对重金属离子吸附规律研究 五、细菌吸附重金属离子机理研究六、重金属的微生物吸附技术应用根底研究 七、结 论 2 一、 电镀行业重金属废水 1、含铜废水： 酸性镀铜过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为23； 焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50 mg/L以下，pH值在7左右。2、含锌废水 ： 碱性锌酸盐镀锌过程的废水中含锌浓度在50 mg/L以下，pH值为9； 钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6左右；

2、 硫酸锌镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为68； 氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为69。3、含镍废水 ： 一般废水中含镍浓度在100 mg/L以下，pH值在6左右。4、含铬废水： 一般废水中含六价铬浓度在200mg/L以下，pH值为46。重金属废水来源一 3参看：安成强，X作兴. 电镀三废治理技术 M，：国防工业，2002，33269. 三、其他行业的重金属废水 染料行业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等，陶瓷行业排放的废水含有砷、铬等，墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、镍、镉等，照相行业排放的废水含有银、铅、铜、铬、镉等，造纸行业排放的废水含有

3、铬、汞、铜、镍等，制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等，肥料行业排放的废水含有汞、铬、铅、铜、砷、镉、镍等，氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等，涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铬等，玻璃行业排放的废水含有钼、铅、镍、钡等，纺织行业排放的废水含有汞、铬、铅、镍、砷、镉等。 重金属废水来源 三 4 二、 钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水 采矿和冶炼需耗用大量的水， 其排放的废水中重金属离子成分比拟复杂，因大局部有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌等。 以某某锌厂为例，其废水排放量为每年21.9万吨。废水中含有Zn、 Hg、Cu、Cd等，从生产线下来的

4、废水重金属离子浓度为，Zn 153.00 mg/L、Hg 0.87 mg/L、 Cu 4.45 mg/L、Cd 18.70 mg/L引自 2002 年某某锌厂西部污水处理站污染情况表。 重金属废水来源 二 5 国标GB89781996 污水综合排放标准中明确规定了重金属最高允许排放浓度。其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+为国标规定的第一类污染物，即能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物；而Cu2+、Zn2+为第二类污染物，是指其长远影响小于第一类的污染物质。重金属最高允许排放浓度 重金属 污染物 HgPbNiCdCrZnCu最高允许排放浓度 mg/L

5、 6一、化学法：化学沉淀法、氧化复原法、铁氧体法。二、离子交换树脂法 三、电解法 四、膜别离技术：电渗析、反渗透、液膜别离技术等。五、蒸发浓缩法 六、吸附法：有腐殖酸树脂吸附法、 斜发沸石吸附法、麦 饭石吸附法、硅藻土吸附法、膨润土吸附法、 活性炭吸附法、生物吸附法等。 治理重金属废水的各种技术 7 某某省是国家重工业生产基地，有着石油化工、冶金、建材、造纸和电力等传统根底产业。多少年来这些企业为国家与某某省经济的开展做出了贡献；但是在开展的同时，也给环境带来了严重的污染。针对某某省水体污染现状，解决实际问题，提出了治理重金属水污染的课题。急需解决的实际问题8 如今人们比以往任何时候都更加崇尚

6、自然、善待自然，与环境相协调的绿色理念已经渗透到新技术的开发中。 微生物吸附作为治理重金属污染的一项新技术，由于其环保特色而有着其他技术所不可比拟的独特优点。选择微生物技术的原因9为什么选择生物吸附技术?微生物吸附技术的特点 与常规的技术相比，微生物吸附技术，具有以下优点：1可以选择性地去除某种重金属离子；2处理效率高，不引起二次污染；3pH值X围较宽；4易于别离回收金属。 10生物吸附研究与应用概况 生物吸附技术是利用廉价的生物细胞体吸附重金属离子，从而达到去除水体中有害重金属离子的目的。生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出来的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素钋Pu。11

7、生物吸附重金属研究的真正兴起还是在二十世纪八十年代. 1982年Teszos的研究指出少根根酶Rhizopus arrhizus 对钍和铀有很高的吸附量； 1984年Hosea等人发现普通小球藻Chlorella vulgaris 对Au3+有很高的亲和力； 1986年Norbeng等人发现动胶菌Z. ramigera对 Cu2+ 具有较高的选择性吸附能力； 生物吸附研究与应用概况 12从上个世纪九十年代到现在，国内外有关这个领域的研究开展很快。 生物吸附材料不断涌现:* Holan Z R 等人用褐藻A. nodosum吸附Co2+；* Huang Chinpin用米曲霉A.oryzae吸附

8、Zn2+；* Volesky用Saccharomyces cerevisiae吸附Cd2+；* 牛慧等人利用非生长产黄青霉素对重金属离子的吸附；* 李清彪等人研究了用Phanerochaete chrysosporium菌对Pb2+的吸附；* X月英等人用Bacillus licheniformis菌吸附Pd2+；* X瑞霞等人研究了用Micrococcus luteus菌吸附Cu2+。 生物吸附研究与应用概况 13生物吸附机理研究不断深入: * TreenSears认为微生物对金属的吸附于其细胞壁含有 的磷酸基与羧基的比例有关，并认为在快速吸附过 程中，离子交换起了主要作用。* Murale

9、edharan等通过试验同样说明了几丁质和蛋白质 在吸附过程中的不同角色，而且指出带有自由基的 细胞壁介质才是在吸附过程中起最重要作用的物质。 生物吸附研究与应用概况 14 目前，生物吸附技术的研究还只是处于实验室阶段，在实用化和工业化过程中还存在着许多有待进一步深入研究的问题。 生物吸附研究与应用概况 15 为了使生物吸附金属技术推广应用，还必须考虑以下一些因素：1如何进一步提高生物吸附剂的吸附效率；2生物吸附剂应易于得到；3降低吸附剂的制造本钱；4吸附剂应使用方便，易于操作等。 生物吸附技术的存在的问题16试验材料 Mycobacterium phlei，草分枝杆菌，代号为AS. 4.11

10、80；Norcardia amarae，苦味诺卡氏菌，代号为AS. 4.1126；啤酒酵母泥:试验用啤酒酵母泥，由某某雪花啤酒厂提供； 硅藻土: 某某长白硅藻土。 二 试验材料和方法17微生物培养方法 微生物量的计量方法 细菌的革兰氏染色法 细菌生长曲线的测定方法 细菌对重金属耐性试验方法 吸附过程中常见离子的释放试验 重金属离子分析方法 试验方法11318吸附试验方法 金属离子去除率Q计算方法 微生物吸附负载量L计算方法 细菌的电位测定方法 细菌的 红外光谱测定方法扫描电镜生物样品的制备方法 试验方法19按照这些实验方法可以重复我们的实验. 草分枝杆菌对 Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni

11、2 的吸附规律研究三 试验结果20草分枝杆菌 草分枝杆菌自然显微形态 图中标尺为500 nm草分枝杆菌(Mycobacterium phlei)属原核生物界，细菌门，放线菌目Actinomycetales，分枝杆菌科Mycobacteriaceae， 草分枝杆菌属Mycobacterium 。21草分枝杆菌的生长曲线 22草分枝杆菌不同生长时期对重金属离子的吸附效果影响 2+2+2+2+2+23 吸附时间对吸附效果的影响 2+2+2+2+2+24溶液pH值对吸附效果的影响 2+2+2+Ni 2+Cu2+25温度对吸附过程的影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+26 草分枝杆菌对不同初始

12、浓度重金属离子的吸附能力 Pb2+ Hg2+Cu2+Zn2+Ni2+27四 试验结果 苦味诺卡氏菌对 Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2 的吸附规律研究28苦味诺卡氏菌苦味诺卡氏菌Nocardia amarae，原核生物界，细菌门，放线菌目Actinomycetales，诺卡氏菌科Norcardia，诺卡氏菌属Nocardia51。 苦味诺卡氏菌自然显微形态 图中标尺为500 nm29苦味诺卡氏菌的生长曲线 30 苦味诺卡氏菌不同生长时期对重金属离子的吸附效果影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+31 吸附时间对吸附效果的影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+32溶液pH值

13、对吸附效果的影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+33温度对吸附过程的影响 Pb2+ Hg2+Cu2+Zn2+Ni2+34 苦味诺卡氏菌对不同初始浓度重金属离子的吸附能力 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+35五 细菌吸附重金属离子机理研究 静电吸附机理； 外表配合机理； 离子交换机理； 细胞酶促机理。36综述文章里推测的吸附机理最常见的有以上四种机理。首先让我们来看看静电吸附机理。要想了解是否发生静电吸附，需要考察细胞的带电情况，为此我们测定了在不同 pH值下的细胞Zeta电位。翻下一页。细菌微粒的外表电位测定 37后有结论草分枝杆菌pH曲线Pb2+Zn2+Hg2+38在我们进

14、展的吸附试验中，除pH曲线以外，PH都在细胞等电点以上，即说明吸附试验所用细胞都带负电。下面看一看PH曲线的实验结果与电位测定是否吻合。翻下一页。 两种菌的PH曲线。草分枝杆菌pH曲线Ni2+Cu2+39苦味诺卡氏菌pH曲线Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+40等电点PH2.1 吸附实验结果与电位测定结果根本吻合，即细胞外表带负电多，吸附效果好。可以得出两条结论：一、静电吸附是吸附的原因之一；二、但不排除，局部不吻合的地方，原因是静电吸附不是唯一的吸附机理。下面考察外表络合机理。首先让我们看看微观世界里细胞的形态。翻下一页。微生物细胞的外表形态 ( 放大35000倍, 图中标尺为500

15、nm ) ( 放大24000倍, 图中标尺为500 nm ) 图5-1 草分枝杆菌的形态 图5-2 苦味诺卡氏菌的形态41草分枝杆菌为杆状，苦味诺卡氏菌为球状。强调这是吸附前的状态。说明： 1、细菌为单细胞生物，一个细菌即一个细胞。2、微生物是指不借助显微镜用肉眼看不见的微小生物。它包括1 病毒；2 细菌；3 真菌；4 原生动物；5 某些藻类。细菌只是其中的一种。微生物和细菌有时可以互相替代有时就不能互相替换。酵母菌属于真菌类，它不是细菌。下面请看吸附后细胞形态。 吸附汞离子后的细胞外表形态 ( 放大10000倍, 图中标尺为1 mm ) ( 放大10000倍, 图中标尺为1 mm ) 图5-

16、3吸附Hg2+后草分枝杆菌的形态 图5-4 吸附Hg2+后苦味诺卡氏菌的形态 42 吸附铅离子后的细胞外表形态 ( 放大10000倍, 图中标尺为1 mm ) ( 放大10000倍, 图中标尺为1 mm ) 图5-5吸附Pb2+后草分枝杆菌的形态 图5-6吸附Pb2+后苦味诺卡氏菌的形态 43吸附前后比拟，粘连、重金属离子起到键合作用？不能说明任何问题。下面请看细菌的红外光谱测定，它能测定细菌外表的有机基团种类与多少。外表相关糖 脂磷壁酸 磷壁酸 外表相关蛋白细菌外壁层结构吸附发生的主要场所质膜肽聚糖层内嵌蛋白孔蛋白糖脂和甘油二酯磷脂荚膜细胞外部细胞内部44草分枝杆菌的红外光谱4000 350

17、0 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumber cm-1Transmittance %454000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 苦味诺卡氏菌的红外光谱Wavenumber cm-1Transmittance %46 两种菌的红外光谱比照一 草分枝杆菌 的红外光谱 苦味诺卡氏菌 的红外光谱 可能存在基团 3303.67 cm-1附近 有一强而宽的吸收带 向右偏移3.46 cm-1,吸收带更宽, 强度增大 -OH、 NH (NH2) 2989.34 cm-1附近 有弱双峰吸收带 向右偏移24.75 cm-1，吸收带略宽，强度

18、略大 -SH 1659.17 cm-1附近 有一强而窄的吸收带 向左偏移28.08 cm-1，吸收带宽度、强度接近 C=O (-COOH)、 NH (NH2)弯曲振动 1557.01 cm-1附近 有一中强而窄的吸收带 向左偏移3.01 cm-1，吸收带宽度、强度接近 S=O、 N-H (NH2)剪式振动 47 草分枝杆菌 的红外光谱 苦味诺卡氏菌 的红外光谱 可能存在基团 1360.99 cm-1附近 有一中强而窄的吸收带 位置一样，吸收带宽度接近、强度明显增大 -OH变形振动、C-O 1257.68 cm-1附近 有一弱而窄的吸收带 位置一样，吸收带宽度接近、强度明显减弱 C-O、C-N

19、1059.17 cm-1附近 有一中强吸收带 向左偏移13 cm-1，吸收带强度明显增大 P-O-C、 -OH面外弯曲振动 778561cm-1附近 有一弱而宽的吸收带 吸收带强度明显增大 C-S、P=S、 P-O-C、S-O 两种菌的红外光谱比照二48下面请看由此得出的结论。强调这是吸附前的细胞的谱图。4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-1Transmittance %吸附了Pb2的草分枝杆菌 的红外光谱草分枝杆菌的红外光谱吸附了Zn2的草分枝杆菌 的红外光谱49Transmittance %4000 3500 3000

20、2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-1吸附了Pb2的诺卡氏菌 红外光谱图吸附了Zn2的诺卡氏菌 红外光谱图诺卡氏菌的红外光谱50 吸附了Pb2、Zn2后的草分枝杆菌体红外光谱分析 草分枝杆菌的红外光谱 吸附Pb2后草分枝杆菌 的红外光谱 吸附Zn2后草分枝杆菌 的红外光谱 3303.67 cm-1附近有一强而宽的吸收带 向右偏移21.36 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 向右偏移25.41 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 2989.34 cm-1附近有弱双峰吸收带 向右偏移41.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移61.25

21、cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1659.17 cm-1附近有一强而窄的吸收带 向右偏移16.02 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 -1, 吸收带宽度、强度接近 1544.36 cm-1附近有一中强而窄的吸收带 向右偏移9.64 cm-1, 吸收带宽度接近、强度减弱 -1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 51吸附了Pb2、Zn2后的草分枝杆菌体红外光谱分析二 草分枝杆菌的红外光谱 吸附Pb2后草分枝杆菌 的红外光谱 吸附Zn2后草分枝杆菌 的红外光谱 1360.99 cm-1附近有一中强而窄的吸收带 向左偏移39.27 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 -1, 吸收带宽度接近、强度

22、明显减弱 1257.68 cm-1附近有一弱而窄的吸收带 -1, 吸收带宽度、强度接近 -1, 吸收带宽度接近、强度减弱 1059.17 cm-1附近有一中强吸收带 向左偏移17.09 cm-1, 吸收带宽度接近、强度减弱 向左偏移10.84 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 -1附近有一弱而宽的吸收带 向右偏移28.65 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向右偏移32.6 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 561.01 cm-1附近有一弱而宽的吸收带 -1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 -1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 52吸附了Pb2、Zn2后的苦味诺卡氏菌体

23、红外光谱分析一 诺卡氏菌的红外光谱 吸附Pb2后诺卡氏菌 的红外光谱 吸附Zn2后诺卡氏菌 的红外光谱 3300.21 cm-1附近有一强而宽的吸收带 向左偏移113.38 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 向左偏移29.94 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 2964.59 cm-1附近有弱双峰吸收带 向右偏移41.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移34.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1687.25 cm-1附近有一强而窄的吸收带 -1, 吸收带宽度、强度接近 向左偏移0.2 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1560.02 cm-1附近有一中强而窄的吸收

24、带 -1, 吸收带宽度、强度接近 -1, 吸收带宽度、强度接近 -1附近有一弱而窄的吸收带 位置一样，吸收带宽度、 强度略微减弱 位置一样，吸收带宽度、 强度略微减弱 53吸附了Pb2、Zn2后的苦味诺卡氏菌体红外光谱分析二 诺卡氏菌的红外光谱 吸附Pb2后诺卡氏菌 的红外光谱 吸附Zn2后诺卡氏菌 的红外光谱 -1附近有一中强而窄的吸收带 位置未变, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向左偏移35.32 cm-1, 吸收带宽度接近、强度略微减弱 1299.57 cm-1附近有一弱而窄的吸收带 该吸收带几乎消失 该吸收带几乎消失 1257.69 cm-1附近有一弱而窄的吸收带 位置未变, 宽度、强

25、度接近 位置未变, 宽度、强度接近 1072.17 cm-1附近有一中强吸收带 向左偏移1.42 cm-1, 吸收带宽度略宽、 强度明显减弱 -1, 吸收带宽度接近、 强度明显减弱 778.24 cm-1附近有一弱而宽的吸收带向左偏移1.03 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向右偏移2.88 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 561.75 cm-1附近有一弱而宽的吸收带 向左偏移34.49 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向左偏移21.73 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 54了解了细胞外表各种有机基团的种类更觉得吸附时会发生外表络合机理。那么我们来分析一

26、下，有没有可能发生配合反响。说明：络合、配合、与螯合的区别。请看下一页。 红外光谱结果已经证实细胞外壁含有的 主要官能团包括：-OH、 -SH、 -NH2、-OP、-COOH、 C=O、 P=O、S=O等基团，这些多糖中的氮、氧、硫、磷等原子都可以提供孤对电子与金属离子配位。红外光谱结论55配合物累积稳定常数数据5925C 氨基酸主链配体 配体 NH3氨基 COO羧酸基 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳56 螯合物累积稳定常数数据5925C 氨基酸侧链配体：丝氨酸或苏氨酸的羟基、半胱氨酸的硫醇基 配体 HO羟基 SH硫醇基 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZn

27、NipK稳57螯合物累积稳定常数数据5925C 配体 氨基三乙酸 氨基丙酸 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳58 螯合物累积稳定常数数据5925C 配体 氨基乙醇 甘氨酸 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳59 螯合物累积稳定常数数据5925C 配体 R2PO4乳酸 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳60 配合物的累积稳定常数值较大，也说明细胞外表与重金属离子之间可能存在配合作用。 结 论61微生物细胞外表的能量分析谱 苦味诺卡氏菌吸附Hg262要说明做能量分析谱的过程。1细菌悬浮液离心别离，2蒸馏水洗涤、再离心别离，3戊二醛

28、浸泡固定、再离心别离4磷酸二氢钾缓冲溶液洗涤、 、再离心别离5蒸馏水洗涤、再离心别离，630乙醇脱水、再离心别离，7、8、9、10、11无水乙醇脱水。涂布于铝片上，阴干。经过11遍蹂躏！日本岛津Super Scan SSX-550型扫描电子显微镜的探头打在细胞外表上存在重金属峰。说明还存在重金属，重金属与细胞外表有机基团结合得很结实！微生物细胞外表的能量分析谱 苦味诺卡氏菌吸附Pb263解释上面的峰除C、O、P等外还有K、Ca、Na、Mg等下面看看离子交换机理。离子交换机理 当重金属离子溶液参加到细菌悬液中时，重金属被微生物体吸附到菌体外表，而微生物体内的常见的离子K、Na、Mg2、Ca2有可

29、能被置换下来，发生离子交换。64 草分枝杆菌吸附重金属离子前后K、Na、Mg2、Ca2离子含量变化C (mg/L) K Na Mg2 Ca2 重金属 1-Hg 2-Pb 3-Cu 4-Zn 5-NiC (mg/L)C C0 其中 C0 为吸附前溶液中离子浓度(mg/L) ；C 为吸附后溶液中离子浓度(mg/L)65 苦味诺卡氏菌吸附重金属离子前后K、Na、Mg2、Ca2离子含量变化 C (mg/L) K Na Mg2 Ca2 重金属 1-Hg 2-Pb 3-Cu 4-Zn 5-NiC (mg/L)C C0 其中 C0 为吸附前溶液中离子浓度(mg/L) ；C 为吸附后溶液中离子浓度(mg/L)

30、66试验结论有K、Na、Mg2、Ca2离子从细胞上被交换下来；但被交换下来的K、Na、Mg2、Ca2离子的量与重金属离子的吸附量相比非常小，说明离子交换机理在吸附机理中占较次要的地位。 K、Na、Mg2、Ca2从细胞上被交换下来有两种可能： 1与有机基团键合的离子 nNaL + Hg2+ HgLn-n+2 +n Na+ 2游离存在的离子(物理吸附) 与重金属离子竞争吸附过程中被交换下来. 67下面看看是否发生酶促机理。酶促机理 细菌为了某一具体目的, 而需要一个特定金属离子的时候，在酶的作用下，通过细胞内的驱动能量过程来富集金属离子，这就是酶促反响。 68要想分析细胞的酶促机理，得先看看吸附过

31、程细胞是活还是死。草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况一 1无菌培养基 2接种了吸附Hg 2后的菌69实验条件见论文。采用的是最大金属离子浓度。草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况二 3接种了吸附Pb 2 后的菌 4接种了吸附Cu 2后的菌70草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况三 5接种了吸附Zn2 后的菌 6接种了吸附Ni2后的菌71草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况四 7接种了吸附高浓度 8接种了吸附低浓度 9接种了吸附Cu2 Hg2 后的菌 Hg2 后的菌 后的菌72苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况一 1无菌培养基 2接种了吸附Hg 2后的菌73苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况二 3接种了吸附P

32、b 2 后的菌 4接种了吸附Cu 2后的菌74苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况三 5接种了吸附Zn2 后的菌 6接种了吸附Ni2后的菌75苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况四 7接种了吸附致死 8接种了吸附低浓度 9接种了吸附 浓度Hg2 后的菌 Hg2 后的菌 Zn2后的菌76都活着！为什么会发生酶促机理？动力是什么？静电吸附的动力是正负电荷相吸。配合吸附的动力是一个有孤电子对、一个有空轨道、且K稳比拟大。酶促机理的动力是什么？请看下一页，几种金属离子的生物功能 金属 功 能金属 功 能 镍加氢酶、水解酶 钠电荷载体、渗透压平衡 铜氧化酶、双氧输运 钙结构、触发剂、电荷携带 锌结构、水解酶

33、 镁结构、水解酶、异构酶 钾电荷载体、渗透压平衡 铁氧化酶、双氧输运、电子转移 77要想了解酶促机理，还得了解：死细菌和活细菌吸附重金属离子能力是否有差异。翻下一页。重金属离子的生物功能。苦味诺卡氏菌死菌体的吸附特性 吸附率Hg2Pb2Cu2 Zn2 Ni2 死菌体活菌体表 3-1 死活菌体的重金属离子吸附率比照 78草分枝杆菌死菌体的吸附特性 表 4-1 死活菌体的重金属离子吸附率比照 吸附率Hg2Pb2Cu2 Zn2 Ni2 死菌体活菌体79试验结论从实验结果可以看出，草分枝杆菌和苦味诺 卡氏菌与重金属离子的吸附过程中，细菌始终 处于活性状态，因此就不能排除细菌细胞中的 酶参与吸附过程的反

34、响。80细菌的新陈代谢过程需要局部金属离子。细菌为了某一具体目的而需要一个特定金属离子的时候，在酶的作用下，会通过细胞内的驱动能量过程来富集金属离子。结 论81细胞内金属离子的浓度不能够无限制地 增加，这也限制了酶促反响的进展，这 也决定酶促机理在吸附过程中，不会占 有重要地位。 结 论82细胞吸附重金属离子的微观过程模型 第一步 在带电细胞所产生的电场中，重金属离子被 吸引，促成了两种微粒的接触；这个过程是 多分子层的物理吸附，存在解吸现象。 83带正电的细菌与重金属离子相遇 84不带电的细菌与重金属离子相遇 85带负电的细菌与重金属离子相遇 86 第二步 到达细胞外表的重金属离子被细胞外表

35、的有机基团“捕捉到，以配合或螯合的形式被“抓住。同时伴生离子置换、或酶促反响，但这两种反响所占比例不大。这个过程是单分子层的化学吸附为主，细胞与重金属离子结合很结实，很难被解吸下来。 生物吸附是这两个过程共同作用的结果。细胞吸附重金属离子的微观过程模型87细胞吸附重金属离子的机理示意图 肽聚糖层质膜重金属离子重金属离子通过特殊通道在酶的作用下被输运进细胞内部细胞内部细胞外部磷脂螯合的重金属离子 静电吸附的 重金属离子88 重金属的微生物吸附技术应用根底研究一、啤酒酵母泥 吸附重金属离子的吸附剂二、硅藻土 微生物的吸附助滤剂89啤酒酵母泥对重金属离子吸附实验研究 吸附时间对吸附效果的影响 Hg2

36、+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+90溶液的pH值对吸附效果的影响 啤酒酵母泥对重金属离子吸附实验研究 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+91啤酒酵母泥对重金属离子的不同初始浓度的吸附能力 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+92重金属离子初始浓度对吸附负载量的影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+93吸附工艺 啤酒酵母枯燥生物吸附柱的制备 吸 附 柱 (2) 吸 附 柱 (3) 吸 附 柱 (1)进水出水出水其中: (1) 为一级处理柱 (2) 为二级处理柱 (3) 为换料备用二级处理柱 94 用废弃的啤酒酵母泥吸附重金属离子废水，最大的优点就是可以回收重金属离子。将吸附饱

37、和的啤酒酵母泥燃烧，可得重金属氧化物。 将枯燥的啤酒酵母颗粒填充在吸附柱中，以常规小型吸附柱：直径0.6 m、高1.2 m为例，可填充枯燥的啤酒酵母颗粒约150 kg。根据第6.1.1节测定的啤酒酵母泥的吸附负载量最小Zn2+ 20.56 mg/g，最大Hg2+ 88.80 mg/g来计算，150 kg枯燥的啤酒酵母可处理含量为100 mg/L的污水30.84133.20吨废水。 经济效益与环境效益分析95经济效益与环境效益分析 啤酒酵母泥是啤酒酿造车间的副产物，我国年产2000万吨啤酒，大约有40万吨废弃酵母泥产生。其中2/3是主发酵酵母，这局部酵母质量较好，杂质少，少量用于回收作为菌种继续

38、使用；其余1/3是后酵酵母，在贮酒过程中酵母与其它少量杂质如废酒花糟、沉淀蛋白质等共同沉淀于贮酒缸底，一般弃置不用，排放下水道而造成污染61。 如果将废弃的啤酒酵母泥用做微生物吸附剂，不仅可以将废弃资源再次利用，还降低了培养、别离细菌的本钱。 96第二局部 微生物吸附重金属技术中的固液别离研究 采用硅藻土作为微生物与水体吸附助滤剂。 由此我们采用硅藻土作为微生物的吸附剂，系 统研究了硅藻土与微生物的吸附情况。 97硅藻土外表形态 (1) 圆筛藻 (2) 小环藻 放大倍数：8000 图中标尺：2 放大倍数：3500 图中标尺：5 98硅藻土对微生物吸附规律 吸附时间与吸附效果的关系 99硅藻土用

39、量与吸附效果的关系 硅藻土对微生物吸附规律 100硅藻土对微生物吸附规律 溶液初始pH与吸附效果的关系 101吸附温度与吸附效果的关系 硅藻土对微生物吸附规律 102活细菌吸附重金属离子的静态吸附工艺细菌培养菌体与培养基别离培养基回用生 物吸 附过 程硅藻土助 滤过滤机菌体含重金属废水出水硅藻土103硅藻土来源广泛，价格廉价，性能稳定，无污染。硅藻土是由硅藻的壁壳组成的，壁壳上有多级、大量、有序排列的微孔，这种独特的结构赋予它许多优良的性能，它孔隙率和比外表积大，吸附性强。吸附后的硅藻土可以用作制砖原料。经济效益与环境效益分析104七 结 论1、苦味诺卡氏菌的吸附能力优于草分枝杆菌； 菌体对水

40、相中重金属离子 Hg2、Pb2、 Cu2、 Zn2、 Ni2的吸附，均在10分钟 内就达到动态平衡。105 2、菌体对不同重金属离子的吸附能力不同 1用草分枝杆菌处理100mg/L的Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2 单一离子溶液，在 40 g/L的菌用量、 吸附时间 10 min、pH 5.8、室温19C的试验条件下，吸附率分别为92.5 、82.2 、66.8 、54.2 、37.9 ； 2用苦味诺卡氏菌处理 400 mg / L 的 Hg2、 Pb2、Cu2、Zn2、Ni2单一离子溶液， 在 40 g/L 的菌用量、 吸附时间20 min、 pH 5.6、室温 16 C 的试验条件下

41、，吸附率分别为 99.0 、90.1 、78.1 、64.7 、58.6 。 七 结 论1063、在最优化实验条件下，草分枝杆菌对铅、汞、锌、 铜、镍离子的最大吸附量分别为 112 mg/g、 106 mg/g、79mg/g、41mg/g、22mg/g；苦味诺卡氏 菌对铅、汞、锌、铜、镍离子的最大吸附量分别 为110.8mg/g、115.2mg/g、47.7mg/g、58.3mg/g、 36.4mg/g。4、通过菌体细胞的电位分析明确，带负电的菌体均 有较好的吸附效果；反之，菌体带正电时，吸附率 和吸附负载量均较低。说明静电吸附是吸附的主要 机理之一 。 七 结 论1075、红外光谱分析结果明

42、确，草分枝杆菌和苦味诺卡氏菌 细胞成分中不同程度地含有-OH、-SH、-NH2、-OP、 -COOH、C=O、P=O、S=O等基团，这些基团与重 金属离子发生配合或螯合， 使得草分枝杆菌和苦味诺 卡氏菌 细胞对重金属离子具有选择性吸附作用。6、通过考察吸附前后溶液中 K、Na、Mg2、Ca2 离子的量， 发现被交换下来的 K、Na、Mg2、 Ca2离子的量与重金属离子的吸附量相比非常小， 说明离子交换机理在吸附机理中占较次要的地位。 七 结 论108 7、细胞吸附重金属离子的过程可分为两个阶段：第一：在带电细胞所产生的电场中，重金属离子被吸引，促成了两种微粒的接触；这个过程是多分子层的物理吸附

43、，存在解吸现象。第二：到达细胞外表的重金属离子被细胞外表的有机基团“捕捉到，以配合或螯合的形式被“抓住。同时伴生离子交换、或酶促反响，但这两种反响所占比例不大。这个过程是单分子层的化学吸附为主，细胞与重金属离子结合很结实，很难被解吸下来。而生物吸附是这两个过程共同作用的结果。 七 结 论109 8、为解决菌体吸附重金属后的固液别离问题，选择了硅藻土作为吸附助滤剂，试验研究结果明确硅藻土对菌体具有良好的吸附作用。为降低菌体培养费用，选择了啤酒工业生产中废弃的啤酒酵母泥作为重金属离子的微生物吸附剂，以变废为宝；试验研究结果明确，啤酒酵母泥对重金属离子具有很好的吸附作用。根据该技术的经济技术分析可知，微生物吸附重金属离子技术具有非常好的应用前景。 七 结 论110全文完毕Thank you !111感谢各位教师与学生光临， 希望大家帮我找一找存在的问题。42 / 42